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Beteiligung der Universität Erlangen-Nürnberg an SFB/Transregio 39

Bauteile mit integrierten Sensoren und Aktoren

Die Universität Erlangen-Nürnberg ist maßgeblich an einem neuen Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TR) der Deutschen Forschungsgemeinschaft beteiligt, der den Titel „Großserienfähige Produktionstechnologien für leichtmetall- und faserverbundbasierte Komponenten mit integrierten Piezosensoren und -aktoren“ (kurz PT-PIESA) trägt. Weitere Partner sind die Technische Universität Chemnitz, die Technische Universität Dresden, das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz, das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS Dresden sowie das Bayerische Laserzentrum Erlangen (BLZ). Sprecher des SFB/TR ist Prof. Dr.-Ing. Reimund Neugebauer, TU Chemnitz. Prof. Dr.-Ing. Robert F. Singer, Universität Erlangen-Nürnberg, fungiert als stellvertretender Sprecher des Sonderforschungsbereichs und Sprecher des Standortes Erlangen. Den zwölf Teilprojekten stehen für die erste Förderperiode von 2006 bis 2010 Forschungsgelder in Höhe von fünf Millionen Euro zur Verfügung. Für die beiden Teilprojekte an der Universität Erlangen-Nürnberg wurden 900.000 Euro bewilligt.

Forschungsziel des SFB/TR ist die Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen für serienfähige Produktionstechnologien „aktiver“ Strukturbauteile, wobei unter „aktiv“ zu verstehen ist, dass die Komponenten durch Integration von piezokeramischen Elementen sensorische und aktorische Funktionen übernehmen können. Der Vorteil solchermaßen ausgestatteter Strukturbauteile besteht z. B. darin, dass Überlasten im Betrieb erkannt oder unerwünschte Schwingungen unterdrückt werden können. Den Schwerpunkt bilden im ersten Antragszeitraum dünnwandige, flächige Strukturen aus Aluminium und CFK (mit Kohlenstofffasern verstärkte Polymere).

An der Universität Erlangen-Nürnberg werden zwei Teilprojekte bearbeitet. Das Teilprojekt B3 „Gießtechnische Integration piezokeramische Module in metallische Bauteile“ wird geleitet von Prof. Dr. Robert F. Singer und Dr. Carolin Körner, Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle. Ziel dieses Teilprojekts ist die vollständige Integration piezokeramischer Sensor/Aktor-Module in Aluminiumbauteile in einem Druckgießprozess. Die wesentliche Herausforderung hierbei besteht in der Beherrschung der thermomechanischen Beanspruchung der Module während der Formfüllung und der Abkühlung. Den Lösungsweg für die schädigungsfreie Integration stellt die Ummantelung der einzugießenden Module mit einer von der Schmelze leicht durchdringbaren Drahtgewebestruktur dar. Hierbei soll die homogene Stützwirkung des Gewebes die auf den Modul wirkenden lokalen Kräfte minimieren.

Das zweite Vorhaben des Standorts Erlangen stellt das Bayerischen Laserzentrum in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Fertigungstechnologie mit dem Teilprojekt A4 „Laserbasierte elektrisch-mechanische Kontaktierung für Verbundkomponenten mit integrierten aktiven Elementen“. Unter der Leitung von Dr. Michael Schmidt und Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger werden Konzepte zur zuverlässigen elektrischen Kontaktierung innerhalb piezobasierter Aktorelemente in Verbundwerkstoffen entwickelt. Als Verarbeitungsprozesse werden Blechbearbeitung, Gießtechnik und Kunststofftechnik untersucht. Hierzu sollen die hochflexiblen Fügetechniken Laserlöten, Lasermikroschweißen und Laser Droplet Welding näher betrachtet werden. Die Adaptierbarkeit dieser Verfahren zur prozesssicheren Kontaktierung der Aktorelemente wird dabei experimentell und simulationstechnisch analysiert.

Die zwei Erlanger Projekte werden unterstützt durch eine intensive Kooperation mit Prof. Dr. Reinhard Lerch und PD Dr. Manfred Kaltenbacher vom Lehrstuhl für Sensorik, die in einer späteren, mehr bauteilorientierten Phase noch zum SFB/Transregio hinzustoßen sollen. Ziel der Arbeiten ist die Finite-Elemente-Simulation von Piezokeramik-Kunststoff- bzw. Piezokeramik-Metall-Verbunden. Hierfür wird eine neue, auf inversen Verfahren beruhende Methodik entwickelt werden.

Weitere Informationen für die Medien:

Prof. Dr. Robert Singer
Tel.: 09131/85 -27530
robert.singer@ww.uni-erlangen.de

 

Mediendienst Forschung-Aktuell Nr.796 vom 11.10.2006